探究多刀头切换型立式加工中心

探究多刀头切换型立式加工中心

曲涛

中车大连机车车辆有限公司机械装备分厂        辽宁 大连       116000

摘 要：随着科技的不断进步，数控机床的种类不断增多，对于加工精度和效率的要求也越来越高。而切换型立式加工中心的出现，解决了传统加工中心不能完成复杂形状零件加工的难题，满足了零件加工精度高、效率高、生产节拍快和成本低等要求。本文针对多刀头切换型立式加工中心进行探究，介绍了多刀头切换型立式加工中心的结构组成和工作原理，并针对其结构特点进行分析和设计，对其技术性能进行了详细阐述。

关键词：结构组成；技术性能；多刀头切换型立式

为了适应加工要求，传统的数控机床已不能满足复杂形状零件的加工。在制造过程中，数控机床在高速旋转时产生大量热量，使刀具磨损加快，尤其是切削刃处产生较高温度。如果加工过程中没有及时清理刀具上的切削余量，就会导致工件表面形成油膜，导致工件表面粗糙度较高。为了解决传统加工中心无法完成复杂形状零件加工的难题，多刀头切换型立式加工中心应运而生。多刀头切换型立式加工中心是在传统机床基础上发展起来的一种新型数控机床。该机床通过刀具切换功能，可实现切削刃的快速更换，具有加工精度高、生产效率高和生产节拍快等优点。

1.结构组成及工作原理

1.1立柱

立柱采用圆锥台式，主要由下导轨、上导轨及两根立柱组成。其中下导轨采用6 mm厚的钢板焊接而成，上导轨采用2 mm厚的钢板焊接而成。立柱上下均设有调节螺母，立柱调节螺母主要是通过调节螺钉来实现调整，立柱的调整螺钉采用高精度的内六角扳手进行调整，以保证立柱的位置精度。立柱的丝杠螺母座与立柱用螺栓进行固定，使丝杠螺母座可以在不同的位置进行调整。

多刀头切换型立式加工中心在正常工作时，下导轨和上导轨均处于静止状态。在工作台进行回转时，由于工作台所处位置发生变化，工作台的回转方向也随之发生变化。这时在丝杠螺母座上需要有一个固定夹来固定丝杠和螺母，从而使工作台可以在回转过程中不受丝杠、螺母旋转方向变化的影响。

1.2工作台

工作台是加工中心的重要组成部分，其结构与回转工作台类似，由底座、立柱、丝杠、螺母、螺杆、导轨等部件组成。其作用是通过立柱将升降立柱和回转工作台固定在一起，通过螺杆带动丝杠进行升降，同时通过丝杠与螺母进行旋转。工作时，通过螺杆带动丝杠和螺母转动，从而实现多刀头的切换。

工作台的结构设计主要包括以下几个方面：（1）工作台底座由三个圆柱形立柱组成，三个立柱分别与上、下底座相连；（2）工作台由螺杆和螺母固定在立柱上，螺母用来固定丝杠和螺母；（3）升降立柱与工作台相连，用来控制工作台的升降；（4）多刀头的切换机构采用可更换的结构，可以方便地进行多刀头的更换。

1.3升降立柱

丝杠螺母座与立柱采用螺栓连接，即在螺母座与立柱连接处设置一个螺栓。在安装立柱时，先将螺杆螺母座与立柱紧固，然后再将丝杠螺母座与支撑梁紧固。为了保证在升降时不出现抖动，我们在丝杠座的上端设置了一个固定夹，用来固定丝杠和螺母。升降立柱的升降采用伺服电机驱动，即在控制系统中设置了伺服电机的速度设定值和位置设定值。当控制系统检测到升降立柱位置设定值大于伺服电机的速度设定值时，伺服电机将停止旋转，同时发出“滴滴”声报警信号，提示用户及时对立柱进行调整。

2.技术性能分析

2.1整机结构

该加工中心采用立式结构设计，具有更好的刚性和稳定性。机床由主轴电机、伺服电机、液压缸、床身和工作台等部件组成，其具体结构如图2所示。该加工中心采用双主轴驱动设计，其中一台主轴与伺服电机相连，另一台主轴与液压缸相连。在具体生产过程中，当一台液压缸处于工作状态时，另一台液压缸处于休息状态。为了保证加工的质量和生产效率，需要在机床的两个工作行程之间设置一定的缓冲时间。当两个行程之间的时间达到设定值时，就会自动切换到下一个工作行程中去。

2.2刀库结构

该加工中心采用刀库结构设计，主要包括刀架和刀库两个部分。在刀架部分，主要由主轴、立柱、导轨、卡爪、刀架座和滑块等组成。在主轴的上方安装有两个液压油缸，用于在切削过程中更换刀具；在立柱的下方安装有四个刀架座，用于刀具的安装；在导轨的上方安装有一个卡爪，用于将工件固定；在卡爪的下方安装有一个滑块，用于将刀具移动到刀架上。在刀库部分，主要由刀具托架、刀架本体、刀架顶置装置、刀架进给装置等组成。在刀架顶置装置的作用下，可以将刀具置于不同位置。此外，该加工中心还设有刀架进给装置和刀架进给驱动机构等。

3.加工中心关键技术

3.1机床的控制系统

本机床的控制系统采用西门子公司的SINUMERIK860S系统，其内部带有相应的硬件设备，如：伺服驱动系统、交流伺服系统、触摸屏及 PLC等。SINUMERIK860S系统还带有丰富的接口，可以方便地与外部设备进行连接。该控制系统具有良好的人机界面，可以实现对机床各个功能模块的操作和设置。利用SINUMERIK860S系统可以完成对机床各个功能模块的设置和控制，实现对机床的远程监控。利用SINUMERIK860S系统还可以对机床进行远程操作和监测，减少了操作人员的劳动强度。通过将控制系统与加工工艺相结合，能够实现对多刀头切换型立式加工中心的有效控制。

3.2加工功能

多刀头切换型立式加工中心，可实现对多种类型的零件进行加工，包括对不同形状、不同材料的零件进行加工。其加工功能主要有以下几点：（1）可以对圆球、矩形、V形、T形等各种形状的零件进行加工。（2）可以对复杂形状的零件进行多刀头切换型立式加工中心的多刀头切换功能，包括对圆弧曲面类零件的多刀头切换功能。

结束语：

综上所述，本文主要研究了多刀头切换型立式加工中心的结构组成和工作原理，并对其结构特点进行分析和设计，针对其技术性能进行了详细阐述，主要包括：数控系统的选用、刀库的设计、主轴电机和主轴控制箱的选择、机床结构设计等。在实际的应用过程中，该机床能够完成复杂形状零件的加工，具有较高的加工精度和生产效率。同时，在实际生产过程中，该机床也具有较好的市场应用价值。

参考文献

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